在探討全球公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)的背景下，特別是面對(duì)日益嚴(yán)峻的人口老齡化趨勢(shì)及其伴隨的代謝性疾病如糖尿病、脂肪肝等，科學(xué)界正致力于尋找創(chuàng)新的解決方案以優(yōu)化疾病預(yù)測(cè)與管理策略。傳統(tǒng)檢測(cè)方法雖有其價(jià)值，但復(fù)雜性與潛在的不適感促使研究者們探索更為便捷、非侵入性的評(píng)估途徑。

體溫，這一日常中易被忽略的生理指標(biāo)，實(shí)則深刻影響著細(xì)胞功能與生物體整體狀態(tài)，其波動(dòng)與新陳代謝活動(dòng)緊密相連。在生物界中，體溫的微妙變化往往預(yù)示著生物體內(nèi)部狀態(tài)的調(diào)整，如恒溫動(dòng)物中低體溫與壽命延長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)，以及低溫環(huán)境對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物衰老過(guò)程的減緩作用。人類亦不例外，隨著年齡增長(zhǎng)，核心體溫的自然下降成為一種普遍現(xiàn)象，而高體溫則可能是代謝加速或身心壓力的信號(hào)。

特別地，人體紅外溫度圖像技術(shù)已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域初露鋒芒，特別是在心血管疾病篩查方面展現(xiàn)出獨(dú)特價(jià)值。鑒于面部血管分布與脂肪含量的獨(dú)特性，它們與體表溫度之間建立了復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，為深入研究提供了新的切入點(diǎn)。

然而，當(dāng)前對(duì)面部溫度的分析多停留于情緒狀態(tài)與整體面部溫度的宏觀層面，缺乏深度與精度地定量描述。在此背景下，北京大學(xué)學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院定量生物學(xué)中心、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心韓敬東教授課題組自2015年起，獨(dú)辟蹊徑，將三維人臉特征與衰老研究相結(jié)合，開創(chuàng)性地揭示了人臉三維形態(tài)作為衰老標(biāo)志物的潛力【1,2】。這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索面部溫度特征中隱藏的生物狀態(tài)秘密，旨在通過(guò)溫度圖譜洞察衰老速率與健康狀況的新視角。

2024年7月2日，韓敬東團(tuán)隊(duì)及合作者在Cell Metabolism期刊上發(fā)表了題為“Thermal facial image analyses reveal quantitative hallmarks of aging and metabolic diseases”的研究文章。該論文報(bào)道了首個(gè)基于紅外人臉圖像的衰老時(shí)鐘，即“ThermoFace Aging Clock”，為衰老和代謝性疾病的預(yù)測(cè)提供了全新的視角。

圖1. 紅外人臉圖像衰老時(shí)鐘構(gòu)建以及下游分析流程

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)年齡在20至90歲之間的2811健康人（非急性病患者）進(jìn)行了廣泛的人群基礎(chǔ)隊(duì)列研究。通過(guò)收集這些志愿者的面部熱成像圖像，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了提取人臉紅外面部信息的軟件ThermoFace，成功獲取了個(gè)體的面部溫度特征，并利用人工智能相關(guān)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練得到面部紅外圖像衰老時(shí)鐘以及年齡相關(guān)代謝性疾病預(yù)測(cè)模型。通過(guò)面部紅外構(gòu)建的衰老時(shí)鐘的人群年齡平均絕對(duì)誤差在5歲左右。在對(duì)比人臉三維信息時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人臉的面部溫度信息與血液代謝生化指標(biāo)、代謝性疾病之間有更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。

在細(xì)致分析面部紅外圖像的過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)揭示了一系列面部溫度變化的規(guī)律。鼻子區(qū)域溫度的顯著下降成為了年齡增長(zhǎng)的一個(gè)獨(dú)特生物標(biāo)志物，而眼周溫度的上升則揭示了另一維度的衰老特征。結(jié)合生活方式問(wèn)卷數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)酸奶攝入與充足睡眠等健康習(xí)慣與較低衰老速率及特定的面部溫度分布模式相吻合，為公眾提供了延緩衰老的實(shí)用建議。

值得注意的是，研究還揭示了代謝性疾病患者（如糖尿病、脂肪肝）面部溫度的獨(dú)特變化，特別是眼部區(qū)域的異常高溫，以及高血壓患者臉頰溫度的升高，這些發(fā)現(xiàn)為疾病的早期識(shí)別與干預(yù)提供了新視角。通過(guò)深入分析血液樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步闡釋了這些溫度變化背后的生物學(xué)機(jī)制，指出眼睛和臉頰周圍溫度升高可能與機(jī)體炎癥反應(yīng)、DNA損傷修復(fù)及抵抗感染等關(guān)鍵生物過(guò)程緊密相關(guān)。

圖2. 人群紅外人臉隨年齡的變化趨勢(shì)（Figure 2A）

此外，研究團(tuán)隊(duì)還探索了運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老的影響。為期兩周的跳繩運(yùn)動(dòng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，參與者的生物學(xué)年齡顯著降低了5歲，這一突破性發(fā)現(xiàn)為通過(guò)運(yùn)動(dòng)延緩衰老提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

綜上所述，本項(xiàng)研究不僅為衰老與代謝性疾病的預(yù)測(cè)開辟了新的道路，還通過(guò)面部紅外成像這一非侵入性檢測(cè)技術(shù)，展示了其在個(gè)體健康監(jiān)測(cè)中的巨大潛力。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用的深入推廣，面部紅外圖像有望成為評(píng)估衰老進(jìn)程、預(yù)警代謝性疾病及指導(dǎo)健康干預(yù)的重要工具。

北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心2018級(jí)博士研究生余正清、上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院周永研究員、北大定量生物學(xué)中心博士研究生毛科航和中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院廣安門醫(yī)院檢驗(yàn)科龐博醫(yī)生為該論文的共同第一作者，韓敬東為通訊作者。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家科技部等項(xiàng)目的資助和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。

來(lái)源：北京大學(xué)